Индукционный нагреватель: схема и порядок действий при изготовлении своими руками

Из чего можно сделать бойлер индукционного типа

Устройство индукционного электрического проточного водонагревателя, это всего 3 основных элемента. Мощность индуктора надо сопоставить с заготовкой, с количеством витков и толщиной проволоки, иначе нагрев воды будет незначительным в процессе ее протока.

Элемент	Описание
Индуктор (катушка)	Витки медного провода (от 50). Генерируют электромагнитную среду.
Нагревательная часть (сердечник)	Цилиндр из металла, огнеупорного пластика (стенки от 3 мм). Внутрь помещают стальную проволоку (обязательно в последнем случае), через нее раскаленную проходит вода. Сердечник должен быть из намагничиваемого металла, ток – переменным, если он будет постоянным, нагрева не будет, получится электромагнит. А если подключить напрямую к сети, то будет короткое замыкание.
Генератор (индукционный преобразователь)	Прибор, осуществляющий при потреблении тока (бытового), трансформацию его в высокочастотный с передачей на обмотку. В качестве генератора можно использовать маломощный сварочный инвертор.

Из сварочного инвертора или трансформатора

Сборка из инверторного сварочного аппарата, что понадобится:

• генератор переменного тока, варианты:
  • бытовой сварочник с настройкой на выходе на 15 – 25 А;
  • трехфазный трансформатор;
• труба пластиковая (стенки от 3 мм) для отопления, выдерживающая +95° C или металлическая ∅5 см;
• магнитящийся нагревательный элемент (обязательный в виде наполнения, если сосуд из полимеров):
  • проволока сечением 6 мм в сеточке из металла;
  • кухонные ершики;
  • листовая заготовка;
• индуктор (катушка) – проволока: медь, 1,5 – 3 мм² или стеклоизолированный провод 1,7—2 мм² как у сварочных трансформаторов;
• терморегулятор;
• фитинги, шаровые краны для водопровода, гибкая подводка (шланги в оплетке);
• пассатижи, плоскогубцы.

Порядок создания своими руками индукционного проточного нагревателя для ГВС с применением сварочника:

1. В трубу помещают металлическую сетку. Плотно засыпают проволочные отрезки (1 – 5 см).
2. На тот же торец приваривают патрубок с отсекающим краном для гибкой подводки к холодному отводу стояка, на другой – для подачи горячей воды в точку водозабора.
3. На цилиндр устанавливают 4 – 5 продольных планок из дерева или из стеклотекстолита, наматывают провод (90 витков желательно). При ∅60 мм потребуется около 17 м.
4. Концы подсоединяют к полюсам трансформатора инвертора, желательно без скруток. Изолируют соединения изолентой.
5. Водонагреватель собран, подключают к штуцерам стояка водопровода и точек водоразбора. Используют переходники, тройники, гибкие сантехнические шланги.
6. Терморегулятор устанавливают на сварочник для автоматического управления работой.

Обмотку с емкостью заключают в корпус, для чего используют пластиковый бак, другие емкости. Кожух утепляют пенопластом, минеральной ватой, другой теплоизоляцией. Аналогично создается самодельный водонагреватель из трансформатора.

Правила:

• размещают (врезают) вертикально сетчатым дном вниз, там же вход подачи, откуда вода движется вверх;
• в циркуляционном насосе нет необходимости как в системе отопления;
• соблюдают технику безопасности при работе с электроприборами, нагревающимися объектами. Рекомендованное расстояние до пола 80, потолка – 30, стен – 30 – 40 см.;
• должен быть датчик температуры с реле для автоотключения при перегреве;
• рекомендована отдельная медная линия электропроводки для сварочного аппарата с автоматикой защитного отключения (УЗО, диффавтоматом, заземлением). Рекомендованное сечение 2,5 мм² – хватит для проточного нагревателя до 3,5 кВт;
• все открытые провода изолируют;
• нельзя включать индуктор при пустой ёмкости – есть риск расплавления, возгорания, замыкания;
• не желательно устанавливать в жилой зоне – электромагнитное поле вредное.

Из индукционной плиты

В сети есть ролики о рабочих водонагревателях, котлах из индукционных печек (обычно на 2 кВт). Плоская катушка кухонной плиты, этот тот же индуктор.

Процесс создания предельно простой:

• варочную панель индукционной плиты разбирают;
• родной плоский индуктор демонтируют;
• подключают самодельный нагреватель из гофрированной нержавеющей трубы (∅20) и гибкую подводку от холодной подачи стояка с отсекающим краном.

Плюсы и минусы индукционных устройств для нагрева воды

Прибор имеет довольно простую конструкцию и не требует специальных документов, разрешающих использование и установку. Индукционный нагреватель воды имеет высокую степень эффективности и оптимальную для пользователя надежность. При использовании его в качестве котла для отопления можно даже не устанавливать насос, так как вода течет по трубам благодаря конвекции (при нагреве жидкость практически превращается в пар).

Также устройство обладает рядом преимуществ, что выгодно отличает его среди других видов водонагревателей. Итак, индукционный нагреватель:

В индукционных нагревателях вода становится горячей за счет трубы по которой течет, а последняя нагревается за счет индукционного тока, создаваемого катушкой.

• намного дешевле своих аналогов, такое устройство можно без проблем собрать самостоятельно;
• полностью бесшумный (хотя катушка и вибрирует при работе, но эта вибрация не ощутима для человека);
• во время работы вибрирует, благодаря чему грязь и накипь не прилипает к его стенкам, поэтому и в чистке не нуждается;
• имеет теплогенератор, который можно легко сделать герметичным благодаря принципу работы: теплоноситель находится внутри нагревательного элемента и энергия передается нагревателю посредством электромагнитного поля, никаких контактов не нужно; поэтому не понадобятся уплотнительные резинки, сальники и прочие элементы, способные быстро испортиться или протекать;
• ломаться в теплогенераторе просто нечему, так как воду нагревает обычная труба, которая неспособна испортиться или перегореть, в отличие от ТЭНа;

Не стоит забывать и о том, что обслуживание индукционного нагревателя выйдет намного дешевле, чем бойлера или газового котла. Устройство имеет минимум деталей, которые практически никогда не выходят из строя.

Несмотря на огромное количество достоинств, индукционный водонагреватель имеет и ряд недостатков:

• первый и самый болезненный для владельцев – это счет за электричество; прибор нельзя назвать экономичным, поэтому придется выкладывать порядочную сумму раз за его использование;
• второе – устройство сильно греется и нагревает не только себя, но и окружающее пространство, поэтому лучше не прикасаться к корпусу теплогенератора во время его работы;
• третье – прибор имеет крайне высокую эффективность и теплоотдачу, поэтому при его использовании обязательно устанавливайте датчик температуры, иначе может взорваться система.

Индукционные нагреватели своими руками: пошаговая инструкция

Многих привлекает электрическое отопление тем, что оно работает автономно и не надо за ним постоянно присматривать. Негативной стороной таких отопительных котлов является стоимость и технические требования.

В некоторых местах их просто нельзя применить. Но многих владельцев это не пугает, и они считают, что именно простота эксплуатации перекрывает все недостатки.

Особенно тогда, когда на рынках сбыта появились новые типы электрических котлов, имеющих индуктивные катушки, а не ТЕНы. Они с мгновенной скоростью разогревают теплоноситель и экономно отапливают здание, по мнению владельцев агрегатов. Новый тип котлов называют индукционным.

Новый вид нагревателей удобен в эксплуатации. Считаются безопасными, в сравнении с газовыми нагревателями, нет сажи и копоти, что не скажешь о приборах с твёрдым топливом. И самое главное преимущество – нет нужды заготавливать твёрдое топливо (уголь, дрова, пеллеты).

И как только появились индукционные нагреватели, сразу нашлись умельцы, которые в целях экономии, пытаются создать такую установку своими руками.

В этой статье мы поможем вам сконструировать нагревательный прибор самостоятельно.

Устройство, где происходит нагревание металла и продуктов ему подобных без контакта, называют индукционным нагревателем. Работой управляет переменное индукционное поле, воздействующее на металл, и токи внутри образуют тепло.

Токи высокой частоты воздействуют на продукцию помимо изоляции, из-за чего конструкция является необыкновенной перед другими видами нагрева.

В сегодняшних индукционных нагревателях присутствуют полупроводниковые редукторы частоты. Такой тип нагревания широко используется в термообработке поверхностей из стали и различных соединений, сплавов.

Компактность оборудования используются в новаторских технологиях, при этом, присутствует огромный экономический эффект. Разнообразные модели помогают внедряться гибким и автоматизированным сочетаниям, включающие в себя транзисторные редукторы частот всестороннего типа и соединительные блоки, когда предпочитается индукционная система.

В состав типового нагревательного элемента входят следующие узлы:

1. Нагревательный элемент в виде прутка или металлической трубки.
2. Индуктор – это медная проволока, обрамляющая витками катушку. В процессе работы он исполняет роль генератора.
3. Генератор переменного тока. Отдельная конструкция, где происходит преобразование стандартного тока в величину с высокой частотой.

На практике, индукционные установки используются недавно. Теоретические изучения намного опережают. Такое можно объяснить одной преградой – получение высокой частоты магнитных полей. Дело в том, что использовать установки с низкой частотой считается неэффективным. Как только появились генераторы токов с высокой частотой, проблема разрешилась.

Генераторы ТВЧ прошли свой эволюционный период; от ламповых, до современных моделей, выполняющихся на базе IGBT. Теперь они более эффективные, имеют малый вес и размеры. Частотное ограничение их 100 кГц за счёт динамических потерь транзисторов.

Принцип действия индукционного нагревателя

После открытия Фарадеем электромагнитной индукции в 1831 году, силу индукции стали использовать в промышленности, различных моторах и генераторах, в трансформаторных устройствах. Были созданы нагреватели, которые работали на основе того же принципа индукции, что и печь для плавки металла. Чуть позже стали изготавливать бытовые приборы.

Итак, электромагнитная индукция возникает в обмотке из проволоки, намотанной на железный сердечник.

При разборке индукционного котла можно увидеть, что в его конструкцию входят: сердечник, электро- и теплоизоляция, и кроме этого непосредственно корпус. Данный обогреватель отличается от промышленных, главным образом, наличием тороидальной обмотки с медными проводниками. Ее расположение находится между двух сваренных между собой труб.

Материалом для изготовления этих труб служит ферримагнитная сталь. Стенки таких труб имеют толщину более 10 мм. Благодаря данному типу конструкции нагреватель весит гораздо меньше, его габариты более компактные, а КПД гораздо выше.

Сердечником здесь служит труба с обмоткой. Другая, необходима для непосредственного нагрева теплоносителя. Индукционный ток, генерируемый высокочастотным магнитным полем с внешней обмотки на трубу, служит для нагрева теплоносителя. Данный процесс вызывает вибрацию стенок, из-за чего на них не может отложиться накипь.

Из-за нагрева сердечника при работе происходит и нагрев теплоносителя. Температура сердечника увеличивается благодаря вихревым токам. Они образуются из-за магнитного поля, генерируемого токами высокого напряжения. Это является основным принципом индукционных нагревателей воды, а также большинства современных котлов.

Компоненты индукционного водонагревателя

Самое простое устройство генерации тепла на основе вихревых потоков представляет собой электрический индуктор, который состоит из нескольких обмоток:

• первичной;
• вторичной.

В первичной обмотке электроэнергия преобразуется в вихревые токи, а затем направляет магнитное поле на вторичную. Далее созданная электромагнитная энергия передается теплоносителю, нагревая его. Вторичная обмотка представляет собой одновременно нагревательный элемент и корпус индукционного котла. Он состоит из:

• внешней обмотки;
• сердечника;
• электроизоляции;
• тепловой изоляции.

Работа индукционного нагревателя

Для поступления холодной воды в агрегат и выхода горячей в систему отопления монтируются два патрубка. Для циркуляции жидкости встраивается насос. Перегрев воды при работе отопительной системы не происходит, так как жидкость постоянно циркулирует – подается остывшая, а выводится горячая. Устанавливать такие водонагреватели для обогрева можно практически в любых помещениях. За счет конструкционных особенностей системы снижается вес и размеры нагревательного элемента, а теплоотдача – существенно увеличивается. Теплоноситель в итоге получает около 97-98%% энергии без существенных потерь.

Важные рекомендации по сборке

Котлы этого типа просты в сборке, установке и дальнейшей эксплуатации. Существуют правила, которые помогут без труда оборудовать в доме индукционное отопление своими руками:

• схемы и чертежи обязательно используются во время работы, только так можно получить котлы, которые будут функционировать качественно и бесперебойно;
• самодельными агрегатами можно пользоваться только в закрытых системах обогрева, когда циркуляция воздуха действует за счет работы насоса;
• разводка отопительной системы, работающая в комплексе с прибором, изготавливается исключительно из пластиковой или пропиленовой трубы;
• чтобы предотвратить возможные неприятности, необходимо правильно установить нагреватель (он должен находиться на расстоянии 30 сантиметров от стенок и 80 сантиметров от поверхности пола и потолка).

Кроме этого, требуется оборудовать патрубок специальным подрывным клапаном, с помощью которого можно будет всегда удалить лишний воздух из отопительной системы, нормализовать давление и обеспечить оптимальные условия для работы.

Общие советы

Ориентируясь на схемы, можно достаточно быстро собрать индукторы различной мощности для нагрева воды, металлов, обогрева дома, гаража и автосервиса. Необходимо помнить и о правилах безопасности для эффективной службы нагревателей такого типа, ведь утечка теплоносителя из самодельного устройства может закончиться пожаром.

Есть определенные условия организации работы:

• расстояние между индукционным котлом, стенами, электроприборами должно быть не меньше 40 см, а от пола и потолка лучше отступить 1 м;
• с помощью манометра и устройства по сбросу воздуха обеспечивается система безопасности за выходным патрубком;
• пользоваться устройствами желательно в закрытых контурах с принудительной циркуляцией теплоносителя;
• возможно применение в пластиковых трубопроводах.

Самостоятельная сборка индукционных генераторов обойдется недорого, но и не бесплатно, ведь нужны комплектующие достаточно хорошего качества. Если у человека нет специальных знаний и опыта в радиотехнике и сварке, то не стоит самостоятельно собирать обогреватель для большой площади, ведь мощность нагрева не превысит 2,5 кВт.

Однако самостоятельная сборка индуктора может рассматриваться как самообразование и повышение квалификации хозяина дома на практике. Можно начать с небольших приборов по простым схемам, а поскольку принцип действия в более сложных устройствах тот же, только добавляются дополнительные элементы и преобразователи частоты, то и освоить его поэтапно будет легко и вполне бюджетно.

Немного теории

При конструировании самодельной «индукционки» нужно твердо помнить: минимум потребляемой мощности не соответствует максимуму КПД, и наоборот. Минимальную мощность от сети печка возьмет при работе на основной резонансной частоте, Поз. 1 на рис. Болванка/шихта при этом (и на более низких, дорезонансных частотах) работает как один короткозамкнутый виток, а в расплаве наблюдается всего одна конвективная ячейка.

Режимы работы тигельной индукционной печи

В режиме основного резонанса в печке на 2-3 кВт можно расплавить до 0,5 кг стали, но разогрев шихты/заготовки займет до часа и более. Соответственно, общее потребление электричества от сети будет большим, а общий КПД – низким. На дорезонансных частотах – еще ниже.

Вследствие этого индукционные печи для плавки металла работают чаще всего на 2-й, 3-й и др. высших гармониках (Поз. 2 на рис.) Требуемая для разогрева/расплавления мощность при этом возрастает; для того же полкило стали на 2-й понадобится 7-8 кВт, на 3-ей 10-12 кВт. Но прогрев происходит очень быстро, за минуты или доли минут. Поэтому и КПД выходит высокий: печка не успевает «съесть» много, как расплав уже можно лить.

У печей на гармониках есть важнейшее, даже уникальное достоинство: в расплаве возникает несколько конвективных ячеек, мгновенно и тщательно его перемешивающих. Поэтому можно вести плавку в режиме т. наз. быстрой шихты, получая сплавы, которые в любых других плавильных печах выплавить принципиально невозможно.

Если же «задрать» частоту в 5-6 и более раз выше основной, то КПД несколько (ненамного) падает, но проявляется еще одно замечательное свойство индукционки на гармониках: поверхностный нагрев вследствие скин-эффекта, вытесняющего ЭМП к поверхности заготовки, Поз. 3 на рис. Для плавки этот режим используется редко, но для разогрева заготовок под поверхностную цементацию и закалку – милое дело. Современная техника без такого способа термообработки была бы просто невозможна.

О левитации в индукторе

А теперь проделаем фокус: накрутим первые 1-3 витка индуктора, затем перегнем трубку/шину на 180 градусов, и остальную обмотку навьем в обратном направлении (Поз 4 на рис.) Подключим к генератору, введем в индуктор тигель в шихтой, дадим ток. Дождемся расплавления, уберем тигель. Расплав в индукторе соберется в сферу, которая там останется висеть, пока не выключим генератор. Тогда – упадет вниз.

Эффект электромагнитной левитации расплава используют для очистки металлов путем зонной плавки, для получение высокоточных металлических шариков и микросфер, и т.п. Но для надлежащего результата плавку нужно вести в высоком вакууме, поэтому здесь о левитации в индукторе упомянуто только для сведения.

Схема принципиальная электрическая

Вот оригинальная схема генератора индукционного нагревателя, а ниже неё чуть изменённый вариант, по которому и была собрана конструкция мини ТВЧ установки. Ничего дефицитного тут нет — купить придётся только полевые транзисторы, использовать можно BUZ11, IRFP240, IRFP250 или IRFP460. Конденсаторы специальные высоковольтные, а питание будет от автомобильного аккумулятора 70 А/ч — он будет очень хорошо держать ток.

Проект на удивление оказался успешным — всё заработало, хоть и собрано было «на коленке» за час. Особенно порадовало что не требует сеть 220 В — авто аккумуляторы позволяют питать её хоть в полевых условиях (кстати, может из неё походную микроволновку сделать?). Можно поэкспериментировать в направлении чтобы снизить напряжение питания до 4-8 В как от литиевых АКБ (для миниатюризации) с сохранением хорошей эффективности нагрева. Массивные металлические предметы конечно плавить не получится, но для мелких работ пойдёт.

Ток потребления от источника питания 11 А, но после прогрева падает до примерно 7 A, потому что сопротивление металла при нагреве заметно увеличивается. И не забудьте сюда использовать толстые провода, способные выдержать более 10 А тока, иначе провода при работе станут горячие.

Нагрев отвертки до синего цвета ТВЧ

Нагрев ножа ТВЧ

Инструкция по изготовлению индукционного нагревателя

Чтобы осуществить переделку сварочного оборудования в индукционную печь, необходимо подготовить расходные детали и инструменты

Также важно подготовить чертежи и придерживаться инструкции по сборке

Простое изделие на основе сварочного инвертора

Для изготовления простого, но эффективного нагревателя, можно использовать сварочный инвертор. Процесс изготовления достаточно простой:

1. Для начала нужно взять толстостенную полимерную трубку.
2. С торцевой части трубы стоит установить разводку и 2 вентиля, а внутрь засыпать куски стальной проволоки небольшого диаметра и размера (5 мм).
3. Закрепить верхний вентиль.
4. Выполнить 90 витков медной проволокой для сборки индуктора.

В качестве генератора используется сварочный аппарат, а роль нагревателя играет трубка с проволокой. Аппарат устанавливается в режим переменного тока с повышенной частотой.

В процессе нагрева происходит излучение магнитного поля и прогревание проволоки вихревыми потоками. Это вызывает закипание жидкости.

Экспериментальная модель нагревателя мощностью 1600 Вт

Для сборки экспериментального оборудования мощностью 1,6 кВт потребуется подготовить металлическую трубу с толстыми стенками. Поскольку катушка без особых сложностей сможет прогреть любой материал, можно усовершенствовать нагреватель.

Корпус можно изготовить из пластиковой трубы, которая обладает большим диаметром, чем элемент системы отопления. Оптимальная длина изделия составляет 1 м, а внутреннее сечение – 50-80 мм.

Чтобы подключить нагреватель к оборудованию, потребуется закрепить переходники сверху и снизу корпуса. Нижняя секция закрывается решеткой, а затем внутрь корпуса помещают наполнитель из небольших металлических частиц.

Для обмотки подходит медный провод с изоляцией сечением 1-1,5 мм. Использование более толстой проволоки неоправданно, поскольку это усложнит плотное расположение витков.

Печь для нагрева металла

Из-за повышенной пожарной безопасности метод индукции применяется в металлургии. Собрать нагреватель для обработки металлических заготовок можно из подручных средств. Для предстоящих работ потребуется подготовить:

1. 12-вольтный аккумулятор.
2. Медную обмоточную проволоку.
3. Пленочные конденсаторы.
4. Транзисторы и диоды.
5. Кольца блока питания от персонального компьютера.

Индукционная печь из сварочного инвертора.

Последующая сборка производится по такой инструкции:

На радиаторы охлаждения устанавливаются транзисторы. Во время использования прибор интенсивно нагревается, поэтому лучше подготовить крупные радиаторы.
Изготавливаются дроссели. Для их сборки применяют медную проволоку и кольца блока питания ПК

Важно следить, чтобы межвитковое расстояние оставалось идентичным на каждом отрезке.
Собирается конденсаторная батарея. Емкость элемента питания должна составлять 4,7 мкФ.
Изготавливается обмотка

Диаметр медной проволоки должен составлять 2 мм. Потребуется выполнить 8 витков, чтобы во внутреннем пространстве поместились все обрабатываемые детали.

На последнем этапе подключается аккумулятор. Ток регулируется во время изготовления печи. Для этого достаточно поменять количество витков.

Кроме того, следует предусмотреть систему отвода тепла и вентиляции, т.к. во время работы печь сильно нагревается.

Нагреватель для воды

Использование такого агрегата в частном доме позволит организовать бесперебойную подачу ГВС или обогрев помещения. Система расходует много электрической энергии, но обладает простой схемой сборки и отсутствием сложностей в обслуживании. Предстоящая сборка начинается с подготовки:

1. Сварочного инвертора.
2. Теплоизолятора (подойдет керамзит).
3. Проволоки из меди и стали.
4. Отрезка пластиковой трубы с толстыми стенками.
5. Трубок разного диаметра.

На первом этапе начинается изготовление котла. Его можно соорудить из 2 трубок разного сечения, которые вставляются друг в друга с выдерживанием зазора 20-25 мм.

Дальше производится приваривание концов колец и подсоединение к общей системе отопления. Во внешнюю стенку нужно вварить выходную и входную трубки.

Затем изготавливается обмотка, которая в точности повторяет форму котла. Всего нужно выполнить 35-40 витков, соблюдая равное межвитковое расстояние.

На последнем этапе собирается защитный корпус, который делается из диэлектрического материала, и подключается инверторный аппарат и теплоноситель.

Правильно собранная конструкция сможет прослужить в течение 20-25 лет без ремонта и замены расходных деталей.

Выводы и рекомендации

Браться за самостоятельное изготовление устройства есть резон, если в хозяйстве уже имеется индукционная панель. Затраты на ее приобретение достаточно высоки и сопоставимы с ценой электродного нагревателя. Мощность некоторых таких моделей достигает 10 кВт, в то время как смастерить в домашних условиях установку с показателем выше 2,5 кВт под силу только мастеру с должным уровнем компетентности (как минимум, нужно уметь собирать схему частотного преобразователя). Также перед монтажом необходимо удостовериться в отсутствии щелей и прорех, через которые жидкость из теплогенератора может просочиться наружу: такой инцидент способен вызвать пожар.

Индукционный нагреватель простой конструкции, рассчитанный на обслуживание небольшой площади помещения, несложно смастерить без специальной подготовки. Более мощные и эффективные варианты, например, со сварочным аппаратом или двумя платами, требуют от сборщика компетенций в области радиоэлектроники. Особенности строения этих установок обусловливают необходимость приобретения дополнительных средств контроля для обеспечения безопасности.

Индукционный нагреватель можно устанавливать в квартире, для этого не нужно никаких согласований и связанных с ними расходов и хлопот. Достаточно желания хозяина. Проект подключения требуется только теоретически. Это и стало одной из причин популярности индукционных нагревателей, даже несмотря на приличную стоимость электроэнергии.